离线梗丝分离技术在PROTOS70中的应用

2013-10-20熊克林戴卫良林国华刘东

机械制造与自动化 2013年6期

熊克林，戴卫良，林国华，刘东

(常德卷烟厂，湖南常德415000)

PROTOS70卷接机组20世纪90年代初期从德国HAUNI公司引进，车速7 000支/分，是目前国内烟草企业卷接设备的主流机型之一。在实际使用过程中发现，由于该机型梗丝分离系统只有一级、二级风选装置［1］，存在梗丝分离不彻底的现象，导致在烟条烟丝中含有梗签，有刺破烟支表面的品质、缺陷风险，此外剔出的梗签普遍含有3%～5%的烟丝，造成一定烟丝原料的浪费。为克服上述问题，参照PROTOS-M5卷接机组梗丝分离原理［2］，利用离线梗丝分离技术，研制加装离线梗丝分离装置。

1 离线梗丝分离装置的结构分析

PROTOS70卷接机组梗丝分离后，烟梗出口位置比较低，离线梗丝分离装置增加了梗丝混合物长距离垂直提升通道(图1)，该装置主要由梗丝混合物垂直提升通道3、第一闸辊装置7、“之”字形风选通道8、空气与烟丝分离盒6、第二闸辊装置5等组成。其特有构造主要完成梗丝混合物长距离垂直提升，使烟梗和烟丝在“之”字形风选通道彻底分离。梗丝混合物在“之”字形风选通道中，一边上升，一边左右摆动，每摆动一次，烟梗和烟丝松散一次，便于风选。“之”字形风选通道越长，左右摆动次数越多，烟梗和烟丝松散次数越多，风选效果越好。

图1 离线梗丝分离装置结构示意图

2 离线梗丝分离装置的原理分析

2.1 梗丝混合物垂直提升通道

当负压风出口12与负压风机连接时(图2)，梗丝混合物垂直提升通道内形成一股从离线梗丝分离进口1到负压风出口12的空气流(如箭头所示)。从PROTOS70卷烟机梗丝混合物出口2排出梗丝混合物落入第三级梗丝分选进口1后，立即被空气流携裹带到垂直提升通道的顶部。具有一定速度的空气和烟梗烟丝沿着外圆弧壁9的内道作圆周流动。作圆周运动的物体会产生离心力，烟梗烟丝的密度比空气大，烟梗烟丝产生的离心力比空气大［3］。因此烟梗烟丝紧贴着外圆弧壁9的内壁向前运动，最后落到闸辊装置7的入料口，通过闸辊装置7把烟梗烟丝送到“之”字形风选通道8的入口，空气则进入负压风出口到达负压风机，实现了空气和烟梗烟丝的分离。

图2 梗丝混合物垂直提升通道

本提升通道连续性地把烟梗烟丝输送到“之”字形风选通道的入口，避免了烟梗烟丝在输送过程中，形成新的烟梗烟丝团，为下一步的风选做好了准备。

2.2 闸辊装置

叶片21和叶片轴22在电机的带动下不停地转动(图3)，烟梗烟丝落在叶片轴22上方，烟梗烟丝随叶片21和叶片轴22一起转动到叶片轴22下方，在重力的作用下，烟梗烟丝落入提升通道烟梗和烟丝出口11，闸辊装置的作用是固态物料(烟梗烟丝)可以通过，空气无法通过［5］。

提升通道梗丝混合物出口11与“之”字形风选通道8的入口直接相连。梗丝混合物出口11通道内的空气压强处于轻微真空状态，为了使烟梗烟丝快速进入之字形风选通道8，在提升通道出口11设计一个有一定斜度的小截面进气通道23。这样在提升通道烟梗和烟丝出口11的通道内，形成一股低速的空气流，空气流的方向从闸辊装置出口流到“之”字形风选通道8的入口。

图3 闸辊装置

2.3 “之”字形风选通道

“之”字形风选通道(图4)利用不同的物料具有不同的悬浮速度特性［4］，从而将它们实现分离，利用风选将烟梗、杂质从烟丝中除去，称为风选除梗。

图4 “之”字形风选通道

物料在气流中受着气流升力和自身重力的作用，当两力相等时，物料在气流中处于平衡的悬浮状态，此时的气流速度称为物料的悬浮速度，用Vf表示。当气流速度V＜Vf时，物料便沉降;当气流速度V＞Vf时，物料便上升，被气流带走。物料悬浮速度的大小，取决于自身的密度、形状、受风面积等因数，其中受风面积的大小是影响悬浮速度的重要原因。

“之”字形风选通道正是根据烟丝悬浮速度Vf丝和烟梗Vf梗浮速度不同，利用Vf丝＜Vf梗的特点，通过合理调节第二负压风15大小，在通道中形成气流速度大于Vf丝而小于Vf梗的气流，实现烟丝往上升，烟梗向下沉降，达到梗丝分离。

在实验中，发现有一些梗丝混合的烟丝团，大小不等，质量不一，无法用风选的手段去除其中的烟梗。“之”字形风选通道中气流一边上升，一边左右摆动，烟丝团随着气流一边上升，一边左右摆动。经过多次摆动，烟丝团完全松散开来，这样对烟梗、烟丝进行彻底分离。

当第二负压风出口15与负压风机连接时，“之”字形风选通道内便形成一股从烟梗出口19流动到第二负压风出口15的空气流。在第二负压风出口15安装阀门，改变阀门开口的大小，可以控制“之”字形风选通道内的气流速度。

烟梗烟丝由烟梗烟丝入口18进入“之”字形风选通道8内，烟梗从“之”字形风选通道8的下面排出，烟丝被气流托到加速通道17处。

由于风选的需要，“之”字形风选通道8内的气流速度比较低。而在圆弧板16处需要进行烟丝与空气流的分离，作圆周运动的物体会产生离心力，烟丝的密度比空气大，烟丝产生的离心力比空气大。因此烟丝紧贴着圆弧板16的内壁向前运动，最后落到闸辊装置5的入料口，通过闸辊装置5把烟丝送到烟丝出口4。空气进入第二负压风出口到达负压风机。这样实现空气和烟梗烟丝的分离。因此，在圆弧板16处，气流速度和烟丝速度越快，分离效果越好。为了解决之字形风选通道8内的气流速度比较低，而圆弧板16处气流、烟丝速度要求比较高的矛盾。在加速通道17处，通道的截面积逐渐变小，气流和烟丝速度逐渐变快［6］。